Die physiologischen Funktionen von ABC Transportern in Tribolium castaneum und ihre Rolle bei der Elimination von Insektiziden und ihren Metaboliten

• Antragsteller: Professor Dr. Hans Merzendorfer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272721159

ABC-Transporter gehören zu einer großen Proteinfamilie, die wichtige Funktionen in allen Organismen übernehmen. Die meisten sind integrale Membranproteine, die ein breites Spektrum von Substraten über zelluläre Membranen transportieren. Während die ABC-Transporter von Vertebraten intensiv studiert wurden, ist nur wenig über ihre physiologischen Funktionen in Insekten bekannt. Daher haben wir eine umfangreiche RNAi-Studie durchgeführt, in der wir die Expression von 73 ABC-Genen in dem rotbraunen Reismehlkäfer, Tribolium castaneum, stillgelegt haben. Dabei haben wir nach auffallenden Phänotypen gesucht, um so das entsprechende TcABC-Gen mit einer spezifischen Funktion zu verlinken. Auf diese Weise konnten wir 10 TcABC-Gene identifizieren, deren Funktionsverlust zu Entwicklungsdefekten führt. Zwei der Gene haben Funktionen bei der Augenpigmentierung (TcABCG-9A/B), zwei sind in die Proteinbiosynthese involviert (TcABCE-3A und TcABCF-2A), zwei scheinen für den Transport von Kutikula-Lipiden verantwortlich zu sein (TcABCG-4C und TcABCH-9C), eines ist an einem Ecdysteron-abhängigen Prozess beteiligt (TcABCG-8A), und drei andere scheinen weitere Entwicklungsfunktionen zu haben (TcABCA-9A/B und TcABCB-5A). In diesem Antrag gehen wir verschiedenen Aspekten zur Rolle ausgewählter ABC-Transporter in T. castaneum nach. 1) Wir werden die Funktion von TcABCG-8A untersuchen, um zu klären wie dieser ABC-Transporter Ecdysteron-Effekte moduliert. Dazu werden wir u. a. dessen Transporteigenschaften in Vesikel-Präparationen nach heterologer Expression in Baculovirus-infizierten Insektenzellen bestimmen. 2) Wir werden die Rolle von TcABCG-4C und TcABCH-9C beim Transport von Kutikula-Lipiden beleuchten. Neben der Bestimmung der Lipidkomposition über GS/MS in Kontroll- und dsRNA-injizierten Larven, werden wir die Transportsubstrate in Vesikel-Präparationen von Insektenzellen bestimmen, die diese TcABC-Gene heterolog exprimieren. 3) Ferner werden wir TcABCC-9A analysieren, das einer Hypothese folgend die insektiziden Effekte von Benzoylharnstoffen über die Hemmung der Chitinsynthese vermittelt. Mit Hilfe einer neuartigen Vesikel-Präparation aus Elytren der Puppen von T. castaneum werden wir dies in biochemischen Experimenten verifizieren oder falsifizieren. 4) Da T. castaneum auch ein exzellentes Modell für die Untersuchung insektizider Effekte darstellt, werden wir ein RNAi-Screening durchführen, um TcABC-Gene zu identifizieren, die in die Elimination von Insektiziden und ihren Metaboliten involviert sind. Diese Studie wird durch Transport-Assays ergänzt, die wir an den langen Malpighischen Gefäßen von Larven des großen Schwarzkäfers, Zophobas artratus, durchführen werden. Diese Käfer sind nicht nur mit T. castaneum verwandt, sondern ebenso für RNAi-Experimente zugänglich. 4) Schließlich werden wir der Frage nachgehen, ob Inhibitoren von ABC-Transportern geeignet sind, um die Empfindlichkeit gegenüber Insektiziden in toleranten Tribolium-Stämmen zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen